电子数字钟的设计与制作.doc

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电子数字钟的设计与制作

学院（系）：

专业班级：

姓　　名:

学　　号：

指导教师：

设计日期：

《模拟电子技术基础》课程设计任务书

自动化、电气工程及其自动化适用

设计题目（可自选）

八、电子数字钟的设计与制作

要求：

（1）带稳压电源（电源形式不限）；

（2）用LED管显示时、分、秒；

（3）（选做）增加部分扩展功能（如准点报时、定时闹钟等）；

目录

1附课程任务设计书---------------------------------------------------1

2系统概述

2.1数字钟的基本原理------------------------------------------------------3

2.2原理图--------------------------------------------------------------3

3单元电路设计与分析

3.1振荡器电路------------------------------------------------------------------------------4

3.2秒计数和分计数电路----------------------------------------------------------------------5

3.3时计数电路-----------------------------------------------------------------6

3.4显示电路---------------------------------------------------------------------------7

3.5校时电路------------------------------------------------------------------------------8

3.6整点报时电路-----------------------------------------------------------------------9

3.7定时闹钟电路--------------------------------------------------------------------10

4系统电路总图--------------------------------------------

4.1不带定时闹钟的设计图（手绘）————————————————————

4.2带定时闹钟的总设计图（打印版）——-------------------------------------------

5设计总结-------------------------------------------------------------------13

附录（元器件种类及数量）--------------------------------------------------14

参考文献--------------------------------------------------------------------------------------15

2.1数字钟的基本原理

数字电子钟主要由信号发生器、“时、分、秒”计数器、LED数码管、校时电路等组成，有些附带了整点报时、定时闹钟等功能。

工作原理为时钟源（振荡器）用以产生稳定的脉冲信号，作为数字时钟的时间基准，要求振荡频率为1HZ，为标准秒脉冲。

将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。

“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。

“时计数器”采用24进制计数器，可以实现24小时的累计。

LED数码管将“时、分、秒”计数器的输出状态显示。

校时电路是来对“时、分”显示数字进行校对调整。

附带功能如整点报时功能能够在时钟接近整点时鸣叫提醒，定时闹钟可以实现时钟在设定时刻鸣叫报时提醒等

2.2原理框图

秒LED数码管

分LED数码管

时LED数码管

时计数电路

秒计数电路

分计数电路

时

校时电路

秒脉冲发生电路

定时闹

钟电路

定时显示器电路

整点报时电路

图1

3.1振荡器电路

多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。

“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。

在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。

要求精确的时钟源是通过石英晶体振荡器还有分频器构成，考虑到设计难易成度，本电路采用555定时器（LM555CN）实现多谐振荡，需要R1，R2和电容，并接+5V的直流电源。

图2

振荡周期：

T=0.69（R1+2R2）C

其中当R1=5K，R2=4.7K，C=100uF时，T=0.9936s

3.2秒和分计数电路

“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是六十进制，它由一级十进制计数器和一级六进制计数器连接构成，如图3所示，是采用两片中规模集成电路74LS90N串接起来构成的“秒”，“分”计数器。

图3

由图3可知，U1是十进制计数器，U1的QD作为十进制的进位信号，74LS90N计数器是十进制异步计数器，用反馈清零法来实现十进制计数，U2和与门74LS08N组成六进制计数。

74LS90N是在CP信号的下降沿触发下进行计数，U2的QA和QC相与0101的下降沿，作为“分（时）”计数器的输入信号。

U2的输出0110高电平1分别送到计数器的R01、R02端清零，74LS90N内部的R01、R02与非后清零而使计数器归零，完成六进制计数。

由此可见，U1和U2串接实现了六十进制计数。

分计数器和秒计数器构成情况相同，同为上述电路。

3.3时计数电路

“时”计数为24进制的，在本设计中24进制的计数电路也是由两个74LS90N组成的二十四进制计数电路，如图4所示。

图4

由图4看出，当“时”个位U5计数器输入端A（14脚）来到第10触发信号时，U5计数器清零，进位端QD向U6“时”十位计数器输入进位信号，当第24个“时”（来自“分”计数器输出的进位信号脉冲到达时U5计数器的状态位“0100”，U6计数器的状态为“0010”，此时“时”个位计数器的QC,和“时”十位计数器的QB输出都为“1”，相与后为“1”。

把它们分别送入U5和U6计数器的清零端R01和R02，通过74LS90N内部的与非后清零，计数器复零，从而完成二十四进制计数。

3.4显示器

用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：

共阴极和共阳极显示器。

译码器（BCD_7SEG_DCD）译码的是高电平，所以对应的显示器应为共阴极显示器。

考虑复杂成度，在本设计中用的是解码七段排列显示器（DCDHFX），即包含译码器的七段显示器。

其图形管脚如下图5所示：

图5

U2是一个解码七段排列显示器，由1、2、3、4脚输入二进制数，就可显示数字；

而U3是个译码器，和未解码的七段显示管U1也可以构成显示器，连接如上面所示。

3.5校时电路

当刚接通电源或计时出现误差时，都需要对时间进行校正。

校时电路实现对“时”“分”的校准。

在电路中设有正常计时和校对位置。

对校时的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数，在分校正是不影响秒和小时的正常计数，而且应该具有手动校时和快速校时的功能。

校正电路如下图6所示：

VCC

图6

异或门7486N是为了保证调整小时或分时，电路其他部分还可以正常计数。

开关J2是手动一次次断开和闭合来校准小时的（此时其他开关处于闭合状态；开关J2断开时，J4断开可以实现快速校准小时（此时J1和J3闭合）。

开关J1是手动一次次断开和闭合来校准分的（此时其他开关处于闭合状态）；同样，开关J1断开时，J4断开可以实现快速校准分（此时J2和J3处于闭合）。

3.6整点报时电路

数字钟整点报时也是基本的扩展功能之一。

在本设计电中路采用离整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分51秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号每隔1秒钟鸣叫一次，每次持续时间为1秒，共响5次，音频为200HZ。

整点报时电路的电路设计原理图如图7所示：

图7

与非门1、2端分别接分显示器十分位的3和1端，当显示为5（“0101”）输出，与非门3、4端接分显示器个位的4和1端，当显示9（“1001”）输出；与非门5和6端接秒显示器十分位的3和1段，当显示为5输出，与非门7端接秒显示器个位的1端，实现出现“xxx1”时输出，即每隔两秒输出一次;与非门8端接VCC。

再通过反相器缓冲，与蜂鸣器相连，实现了整点报时功能。

3.7定时闹钟电路

定时器定时时间的设定，可用开关分别置入0或1，就可以在其输入端得到对应的0或1，就可以再其输出端得到对应的0或1。

然后与数字钟的输出端用或非门、与非门、非门

和与门组成比较电路，当定时器数值与时钟的值一致时便可触动蜂鸣器使之报时。

部分定时闹钟电路如图8所示：

图8

在总设计图中，定时闹钟增加了定时显示器，开关J7断开和闭合是用来设置小时的，开关J8断开和闭合是用来设置分的。

图中每一个同或门（ENOR2）的两个输入端，分别接时分电路显示器与定时显示器的相同端口，目的是实现相同比较，然后输出，最后达到整体定时与时钟时间相同，实现定时报时功能。

4系统电路总图及调试

带定时闹钟的完整版

5设计总结

通过这次对数字电子钟的设计与制作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于数字时钟的原理与设计理念，对Mulsitim10.0仿真软件也有了一定的了解与运用。

由于水平有限，在本设计中所用的方案不是最好的，但我想其中的原理是相同的，对自己的能力也得到了锻炼，认识更加深入了。

通过本次设计，使我对已学过的电路、模电、数电等电子技术的知识有了更深一步的了解，让我更加深刻地了解和认识到了自己的优点和不足，锻炼和培养了自己利用已学知识来分析和解决实际问题的能力。

其实，这只是电路设计，在实际成品制作过程中并不一定和仿真时完全一样，因为仿真是理想的参数，而实际电路器件参数也不一样，所以要是按电路图设计制作时还应该考虑实际。

最后，我要衷心的感谢李老师的指导，使我的课程设计能够顺利完成。

参考文献

教材：

高吉祥主编：

《电子技术基础实验与课程设计》，电子工业出版社，2002年出版。

参考书：

彭介华主编：

《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社，2002

陈大钦主编：

《电子技术基础实验－电子电路实验、设计、仿真》，高等教出社，2002年出版。

胡宴如主编：

《模拟电子技术》（第2版）

FredrickWHughs：

OpAmpHandbook，Prentice－Hall，Inc.，EnglewoodCliff，NewJersey,1981.

杨栓科主编：

《模拟电子技术基础》，高等教育出版社，2003年出版。

阎石主编：

《数字电子技术基础（第四版）》.北京：

高等教育出版社,2005出版。